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 M61火神式航炮 | |
| 基本資料 | |
| 道具名稱 | 航炮 |
|---|---|
| 道具種類 | 武器 |
| 道具用途 | 空戰武器 |
航炮是固定翼飛機或直升機上裝備的一類身管火炮，口徑一般在20～30mm。多出現在與現代戰爭相關的ACGN作品中。
概述
種類
單管自動炮
就像自動槍一樣，有導氣式、炮閂後坐式和炮管後坐式。射速較低，難以超過1000RPM，典例如英國的西斯帕諾航炮和日本的九九式航炮。
雙管自動炮（加斯特機炮）
利用加斯特原理的一種高射速航炮，很容易就能達到1000RPM以上，最快的能達到3200RPM。典例如蘇聯的GSh-23-2。
單管轉膛炮
最經典也最常見的轉膛炮，典例如法國的德發（DEFA）。
雙管轉膛炮
(待補充)
多管旋轉炮（加特林機炮）
射速最高但也最重的一種航炮，也經常用在攻擊機上。典例如美國的GAU-8和M61。
單發炮
其實就是單打一的純手動火炮。
由於射速實在太低，單發炮在空戰中幾乎毫無價值，但口徑可以非常大，殺傷力也自然水漲船高、遠超那些小炮。不過這種炮也只能裝在炮艇機——一種特殊的大型攻擊機上，過去一些截擊機也會裝備它。典例如美國的M4加農炮。
歷史
空戰初現
在第一次世界大戰之前，就有人嘗試將武器帶上飛機，並和敵人交戰了。1913年墨西哥內戰期間，兩名處於不同陣營的美國飛行員菲爾·拉德爾（Phil Rader）和迪恩·蘭姆（Dean Lamb）在駕駛柯蒂斯（Curtiss）飛機遭遇時用左輪手槍相互射擊，這就是第一次有記載的空戰。別笑，這可是真的能傷到人的
1914年8月25日，法國飛行員羅蘭·加洛斯（Roland Garros）和伯恩斯（Bernis）在駕駛一架「莫拉納」（Morane）的時候射擊了一架德軍飛機，擊傷一名飛行員。9月7日，俄羅斯飛行員彼得·涅斯特洛夫（Pyotr Nesterov）駕駛一架莫拉納的時候遭遇了一架奧軍「信天翁」B（Albatross）飛機，他拔出手槍開了兩槍，但是對方毫髮無傷，反而是自己的手槍卡殼了。他駕駛飛機撞了過去，起落架撞爛了對方的螺旋槳和機翼，擊落了那架飛機。涅斯特洛夫成為了歷史上第一個擊落敵機的飛行員。
歷史性的轉折實在1914年10月5日，法國飛行員約瑟夫·弗朗茨（Joseph Frantz）和機槍手路易·克諾（Louis Quénault）駕駛一架沃森（Voisin）雙翼機擊落了德軍的雙翼機，使用的是8mm機槍。而在這之前，很少有飛行員把機槍帶上飛機，他們更傾向於帶手槍、步槍而不是這種威力巨大的武器，但是弗朗茨向他們證明了，機槍在空戰中有着潛能巨大的威力，從而開創了一段新的空戰時代。
很顯然，前置的機槍比後置的機槍更適合擊落目標，而如果機槍固定安裝的話，就不需要專門的機槍手，降低了飛機重量，也不需要機槍手去刻意配合飛行員的動作。這種設計思路成為了當時戰鬥機研究的一個方向，然而如果把機槍架設到前面，機槍可能會擊中飛機的螺旋槳，這成了一個大難題。
1915年，羅蘭·加洛斯想出了辦法，他讓機械師在他的莫拉納機頭安裝了一挺8mm機槍，在螺旋槳後面安裝了金屬擋板，以彈開擊中螺旋槳的子彈。這個設計並不完美，彈飛的子彈還是可能擊中飛機。不過，加洛斯靠着這東西在空中可謂所向無敵，接連擊落了三架敵機。然而好景不長，他的飛機還是在4月被防空火力擊傷迫降，這套系統也被德軍繳獲，送到了荷蘭籍工程師安東·福克那裏。福克和另外兩人合作，發明了射擊協調器，它通過一套凸輪和液壓管線連接到機槍，確保如果機槍口和螺旋槳處於一條線上，機槍就會被卡在停止射擊的狀態。
一戰時期
1915年夏天，德軍的「福克」E1單翼機就安裝了這種秘密武器，接下來的日子對於協約國飛行員們來說可謂是一段黑暗的時光，面對德軍兇猛的機槍火力，他們不是被擊墜，就是負重傷，但他們卻完全沒有有效的還擊方式。一戰德軍空戰王牌多是誕生在這一時期——比如奧斯瓦爾德·波爾克、馬克斯·殷麥曼等人。這段日子被沮喪的協約國指揮官們稱為「福克之災」（Fokker Scourge），但是並非因為「福克」E系列性能該機型在爬升時很容易失速，而是因為更強大的武器和協約國軍隊不成熟的戰術。直到英法軍隊改善了戰術，並服役更先進的「紐波特11」（Nieuport 11）、艾科「DH.2」，才壓住了「福克」E系列的囂張氣焰。而且隨着協約國製造出同樣性能的射擊協調器，雙方在武器方面回歸了平衡。
在王牌飛行員們的指導下，更多的新式戰鬥機被製造出來，在一戰的這段時間，幾乎每三個月就會出現一種完全超越舊款的新機型。其中一種的到來，開啟了一戰時期的另一段黑暗時光。它就是「信天翁」D。1917年春天首個型號D1服役，接下來是D2和D3。「信天翁」通過一台直列水冷發動機驅動，安裝了不是一挺，而是兩挺機槍，對於以木頭和帆布為材料的飛機來說可謂是致命的火力，不少德軍王牌，比如「紅男爵」里希特霍芬、恩斯特·烏德特都駕駛過這種飛機，創造出了驕人的戰績。
到第一次世界大戰結束的時候，當時的飛機基本上都安裝了2挺機槍（比如「福克」D7、「斯帕德」XIII、SE.5A），使用固定式準星，在火力技術上沒有什麼差別。而早期的空戰理論也基本成型，還出現了一些戰術機動與飛行技巧，這一切都為下一個發展期打下了基礎。
二戰時期
到第二次世界大戰爆發的時候，飛機有了翻天覆地的變化，現在它們使用鋁作為材料，在關鍵位置還有鋼製裝甲，它們的速度普遍超過了400km/h，是一戰時期飛機的三倍還多，這意味着空戰的節奏已經被加快，飛機需要更強力的武器，以求能在高強度的作戰中擊落對手。提升火力不外乎幾個方面——更多的武器，更大的口徑，更多的備彈，更高的射速和更大的炮口初速，然而實際做起來並不是把這些因素簡單相加，因為這些因素本身就有自己的關係。
通常來說，口徑越大，彈頭越重，則射速越低，射程越短，裝藥量也會下降。很顯然，這些因素必須進行取捨直到相互均衡，假如射速高，口徑小的話顯然命中率更高，但是威力會下降；假如口徑大的話單發擊中的破壞力更大，但是命中率又不是很高。因此，二戰開始的時候各國都使用了不同的武器配置方案。英國使用的是8挺7.6mm口徑的機槍（例如早期型「颶風」和「噴火」），因為這種一戰時期的武器仍然有很大的庫存，然而實戰中這種配置的火力還是不夠，因此後期也過渡到了4門20mm機炮（如「螢火蟲」和「暴風」）。美國開始使用的是4挺7.6mm機槍配合大口徑機槍（早期型F4F和P-40），後期則是6-8挺12.7mm機槍（F4F-3，P-40N，P-51D，P-47，F4U）。蘇聯早期使用3-4挺機槍（例如I-16和米格-3），後期則把機槍換成了機炮（拉-5/7）。德國和日本使用的是機頭機槍和機翼機炮結合的方式，這樣可以用機槍遠距離攻擊戰鬥機，機炮近距離攻擊轟炸機，兼備二者之長，但是也同時具有二者的缺點。
增加武器數量也帶來了一個問題，那就是機頭那點地方不夠了，需要新的地方放武器。一種思路是在螺旋槳槳轂安裝一門大口徑機炮，這樣不用考慮射擊協調，還能讓小飛機擁有強大的火力，美國P-39戰鬥機，蘇聯雅克-9戰鬥機，德國Me-109G戰鬥機和法國的D.520戰鬥機都採用了這個設計。不過大口徑機炮的後座力也是一個問題，飛機的飛行軌跡會受到嚴重的干擾，駕駛員也需要更加貼近敵人才能保證應有的準確度與射程，所以這種設計沒有普及。另一種思路是在機翼安裝，這樣有着足夠的空間且不需要考慮射擊協調帶來的射速影響，在機翼佈設6-8挺機槍的話，確實具有足夠的射速和火力。但是機翼安裝的話出現了彈丸散佈的問題，因為機翼之間的距離很寬，這樣的話打出去的子彈就會散佈在一個較大的範圍，影響殺傷力。改進方法就是通過讓機槍射出的子彈在射程內交於一個密集的區域來提高殺傷力，這樣雖然在射程外子彈散佈會更嚴重，但是按照射程攻擊的話絕對沒有問題。另一個方法就是通過調整機槍的位置，讓子彈均勻散佈在一個區域內，雖然降低了殺傷力，但是反過來提高了命中率。兩種思維各有其優勢。
但是提升武器只是一部分，怎樣打中也很重要。而空中射擊不同於一般的射擊，它實際上是從一個運動的物體上發射沿着拋物線運動的物體去擊中另一個運動的物體的過程。就比如如果你投過沙包、射過弓箭或者打過槍靶的話，應該會知道它們都需要一段時間才能擊中目標。在這個過程中，因為物體在垂直地面的方向上受到重力，運動軌跡會彎曲，同時因為在運動方向受到空氣阻力，速度也會下降。遠程射擊的狙擊手都需要通過測距來調整標尺，對於在200米以外攻擊目標的飛行員來說就更不能不考慮彈道降低的影響了。
除了這個因素以外，還需要考慮另一個問題，因為在射擊這段時間裏目標也在運動，所以還需要考慮一下射擊的提前量。問題的答案就是需要通過目標的交叉速度來建立提前量，從正後方或者迎頭射擊的時候不需要提前量，而垂直攻擊的時候提前量最大。而最複雜的問題是如何計算目標和己方的運動，尤其是在常見的繞圈纏鬥時高速對撞是憨憨飛行員的行為，或者是被逼入絕境是才會採用的一種極端方法，正常的飛行員都是習慣在空中與敵人進行繞圈纏鬥，槍管的軸線會偏離飛機的運動方向，也就是實際的彈道初速度方向，而對方的速度以及方向也會影響到射擊的命中率，這一點又很難完全判定。就算能把這些公式都記住並且順利算出來，對於短暫的射擊窗口來說也不夠用所以命中率也與飛行員幸運值密切相關～，因此，好的瞄準具就非常重要了。
這些經驗催生了固定瞄準具的替代品——陀螺瞄準具，相比於傳統的固定式瞄準具，它可以通過陀螺儀更快計算提前量。這種瞄準具的「準星」不是固定的，而是投射在45°角反射式玻璃上的，「準星」也分為三個部分：固定部分表示機槍槍口的軸線位置，活動的圈圈表示根據計算得出的命中位置，還有一個十字形來標定對方的翼展。首先，飛行員要調整十字形適應對方飛機的翼展（通常來說，由於敵方戰鬥機主要只有幾種，這一步一般都是預先調好的），然後用活動的準星對準纏鬥中的敵機，扣下扳機開火即可。P-51、F4U、「噴火」、「暴風」等美英戰鬥機後來都裝上了這一套瞄準系統。
在二戰時期，大多數飛機都沿用固定式瞄準具。雖然它們也加入了一些用來輔助計算的標尺，但是遠沒有陀螺瞄準具這麼快捷。例如二戰時期的王牌戰鬥機P-51D「野馬」就裝備了陸軍的K-14陀螺瞄準具，配合其視野極佳的座艙讓飛行員更容易發現鎖定。而它的對手們大部分仍然裝備着固定式准具，比如「飛燕」的百式准具，FW-190的Revi 16B反射式准具，「隼式」的槍管式准具等，和它們相比起來，陀螺瞄準具顯然極大減少了射擊的準備時間。但是陀螺瞄準具也並不完美，在使用時，飛行員只能模糊估計距離，此外，陀螺瞄準具在計算式默認目標和己方飛機按照同一個速度矢量飛行，這顯然和實際相差很大了。隨着飛機進入噴氣時代，速度越來越快，光靠單純的陀螺瞄準具已經不太夠用了，改進勢在必行。
二戰晚期，成熟的噴氣戰鬥機，如Me-262和「流星」正式服役，並開啟了戰鬥機的噴氣時代。隨後在韓戰中，兩種外形相似的戰鬥機在天空中展開了第一次噴氣機空戰，即米格-15和F-86。雖然外形很相似，但是F-86和米格-15在武器上可謂差異很大。雖然從火力上來說米格-15的機炮更厲害，但是它的瞄準具仍然是老式的陀螺瞄準具，來自活塞發動機的時代。而火力較弱的F-86則邁出了創新的一步，在它的進氣道上方有着類似嘴唇的雷達罩，使用不同於機體金屬材料的合成材料，雷達罩後方則是測距雷達。在空戰時，雷達會掃描目標，測定對方的距離，並在座艙里顯示出來。通過測定目標的距離，大大降低了彈道計算時的誤差，並讓射程有所改善，因此在兩種機型的纏鬥中，往往是美軍飛行員有着更高的勝算。逐漸的，各國也開始裝配相關的機戰設備，類似的設計出現在當時幾乎所有的噴氣戰鬥機上。
曲折與選擇
隨着貝爾X-1拉開超音速時代的大幕，機炮遭遇了發展史上的一次危機。那些比較新的機型，比如F-4、米格-21PF、蘇-15都放棄了機炮，轉而使用導彈作為武器。放棄機炮的理由很多，首先，機炮會佔用一部分空間，降低飛機的油量；其次，外露的機炮增加了阻力，也佔用了外側空間，後座力也會影響機體；另外，核武器時代的來臨，意味着需要高速戰鬥機快速迎頭攻擊遠處來襲的攜帶核彈轟炸機，那些飛機往往有足夠的防禦武器，沒有人會想靠近它們。以F-4為例，這種飛機最初是一種艦載的截擊機，目的是為了攔截蘇聯的反艦轟炸機，對於這種任務來說，射程遠的AIM-7才是第一武器，而紅外導彈也只不過是次要武器，機炮對於這種任務則毫無幫助。
如果從實戰來看，F-4雖然曾經測試過機炮吊艙（空軍的SUU-16和SUU-23，海軍和海軍陸戰隊的Mk4），後期的F-4E也加裝了機炮，但是大部分戰績仍然屬於導彈。同樣，如果一位F-4飛行員認為有了機炮就可以和米格-17們近距離拼個你死我活，那麼他就大錯特錯了，F-4根本不是用來和米格-17纏鬥的，對於纏鬥課程不足的飛行員尤其如此這點在近代的飛行員身上表現得越來越明顯。即使是那些本來就有機炮的戰鬥機，機炮的戰果也不是很好看，被稱為「最後的槍手」的F-8戰鬥機，19個戰績只有3個屬於機炮；美國空軍的F-100具有和F-8接近的火力，但是機炮從未創造過戰績；裝備機炮的F-4E在1972-1973年間也只有7個機炮戰績，掛吊艙的F-4C一共也只有3個機炮戰績。諷刺的是，機炮戰績最多的美軍戰鬥機居然是看起來最不適合格鬥的F-105(共24個)，因為早期型不能攜帶AIM-9格鬥彈，所以其「火神」機炮備彈量遠超過F-4E和F-104，其飛行員也被傳輸了較多的機炮的使用方法與技巧。
從另一面來看，北越空軍的米格-21戰績也比機炮為主的米格-17、米格-19/殲-6好得多，且只有一個戰績確實屬於機炮。更主要的是，北越大部分米格-21也都是沒有機炮的PFV。對空戰勝利真正起到作用的還是靠飛行員的經驗、戰術和技巧，當然也有性能不斷提高的導彈。很顯然，越南空戰期間F-4空戰交換比不好看的原因並不是沒有機炮，而是飛行員戰術不行，隨着海軍空戰教學的推進，更先進的格鬥導彈服役，艦載F-4的交換比很快就好看了很多。以機炮為主的米格-17在越南一共擊落了10架F-4，遜色於擊落40架F-4的米格-21
超音速時代
雖然如此，超音速時代的機炮仍然出現了一些創新。首先之一就是射速更快的機炮，美國的典例就是M61火神機炮，其原理來自南北戰爭時期的加特林機槍，通過旋轉炮管達到驚人的射速(接近每分鐘10000發，連續射擊30多秒該槍直接報廢，只能間歇性射擊《敢死隊3》中對該種槍械的評價極度形象:只能boki10秒鐘，然後直接疲軟)。再加上因為它是使用電力等外接能源而非反衝氣體驅動，啞彈問題也得到了改善。在這方面，蘇聯人的創新則是使用加斯特原理（由德國人卡爾·加斯特發現）的雙管Gsh-23機炮，一根炮管的射擊動作會作用到另一根炮管，提高射速並降低後座力。兩種武器都在各自的陣營里受到了廣泛使用。
同時另一種提升射速的思路是通過旋轉的炮膛的方式，像左輪手槍一樣，提升裝填和射擊的速度。這種方式和火神機炮之類的轉管炮不同，只有一根炮管，因此結構更輕，能夠用氣體推動。缺點則是因為所有的發射都依賴單一炮管，因此發熱更大，槍管使用壽命更短，維護成本更高，而且由於射擊能源不如火神機炮的外接動力，因此達到最大射速的時間需要更長。比方說英國的「阿登」（ADEN）機炮（裝備霍克「獵人」、「鷂式」等），法國的「德發」（DEFA）機炮（裝備「幻影2000」、「超級軍旗」等），德國的「毛瑟BK-27」（裝備EF-2000、JAS-39等），瑞典「厄利孔KCA」（Oerikon）機炮（裝備薩博37）都是使用這一原理的。
超音速時代很少有國家的空軍有着以色列空軍一般對機炮的「執念」，他們列裝的所有飛機都配備有機炮，在空戰訓練里也都會訓練機炮纏鬥的科目。在「六日戰爭」(即第三次中東戰爭)爆發的時候，以色列空軍唯一的2倍音速戰鬥機就是著名的「幻影」III，這種飛機裝備有2門30mm機炮，在實戰中被證明是強大的武器，只需要2-3發就可以擊落一架米格-21。
其實「幻影」III的瞄準具原理仍然和亞音速的F-86差不多，有一個固定的十字表示橫滾和偏航距離，一個活動的光點（也叫「皮普」）表示計算得出的着彈點，外面的一圈燈光（也叫「鑽石」）表示雷達測量後的目標距離，這個距離包括自動設定和手動設定兩種方式。但是，這套系統也繼承了F-86那一套的缺點，它仍然假設目標和己方按照相同的速度矢量運動，同實際數據存在偏差。在以色列空軍訓練時「皮普」咬住對方1-2秒即算擊落，但是實戰里擊落目標的窗口往往根本不到一秒。
訓練之中，以色列飛行員以色列·巴哈拉夫發現了一個改進的方法，那就是，儘量不對準「皮普」的話反而更准，只要對準敵機運動方向的路徑，對方就會直接穿過炮彈軌跡。一開始他的理論沒有得到重視，直到1969年10月6日，巴哈拉夫在空戰里利用這套方法擊落了他的第一架敵機，才逐漸驗證了他的理論。這套方法就是著名的「巴氏暴擊」法，經過實戰檢驗，很多以色列飛行員都學會了這套戰術，巴哈拉夫更是藉此擊落了7架米格-21，算上使用常規方法的2架和導彈擊落的3架，他最後成為了一名不折不扣的「雙料王牌」。
隨着技術發展，「巴氏暴擊」也被精確化，催生了更加準確的機炮准具——熱線式瞄準具(LCOS)，它利用一條三段線表示機炮射擊的着彈點位置，每一節表示500英尺的炮彈落點。射擊前將這條線置於目標上方，在目標達到相應距離的着彈點時開火射擊，炮彈就會擊中目標（實際操作時提前一點點開火命中率更大）。實際上不同國家的戰鬥機的LCOS也不總是一種格式，有用線段樣式的，也有用圓圈或者瞄準點表示的。
不過，這套系統在實戰里並沒有創造戰績。F-15和F-16的機炮戰績都是以色列空軍飛行員駕駛早期型創下的，那些飛機並沒有EEGS准具。從海灣戰爭開始，所有的空戰勝利都來自不同種類的導彈，空戰技術的進步讓機炮再一次遭到了冷落。相對應的是，一些新研製的戰鬥機由於任務變化，也不再安裝機炮了。機炮的命運岌岌可危。[1]
現代
近些年來相對先進的隱身戰鬥機，比如美國的F-35C，F-35B，中國的殲-20等，但是仍然有選擇裝配航炮的隱身戰鬥機，比如美國的F–22，F–35A等，可見，即使發展到了現代，部分國家對於航炮的價值仍是肯定的，但是隨着更先進的近身格鬥的航空武器的發展(如中國研發的霹靂-10格鬥彈，殲–20正是裝配了這一武器才放棄航炮的，因為該種武器具有很高的敏感程度，可以精確索敵，同時體積小，不佔地方)，放棄航炮使用也是遲早的事。
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